(57)【要約】      （修正有）【課題】インターミディエイトシャフトのインナーシャフトに設けた最弱部の破断を検出して、運転者に部品交換の必要性を知らせる。【解決手段】車両停止状態で、かつ、運転者が操舵操作していないときに、操舵アシストを停止してメカ的な特性のみでインナーシャフト５１の破断判定を開始する。操舵トルクＭＴが設定トルクＴ１以上になったときの操舵操作角ＭＡが、正常時に検出される操舵操作角Ａ１に許容変動幅ΔＡを加算した設定操舵操作角Ａref（＝Ａ１＋ΔＡ）より大きい場合には、インナーシャフト５１が破断していると判定し、報知器を作動させる。【選択図】図７
2010254192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールを一体的に支持するステアリングメインシャフトとステアリングギヤボックスのギヤシャフトとに各端部にてそれぞれ自在継手を介してトルク伝達可能に連結されていて、一端側に中空状のアウターチューブを有し、他端側に前記アウターチューブ内に軸方向へ移動可能に組付けられたインナーシャフトを有し、前記インナーシャフトの中間部に最弱部を設け、前記インナーシャフトの前記最弱部より先端側に前記アウターチューブの中間部に対して相対回転が許容されていない状態でトルク伝達可能に連結される第１連結部を設け、前記インナーシャフトの前記最弱部より基端側に前記アウターチューブの先端部に対して所定量相対回転可能であり前記アウターチューブの先端部に対して所定量相対回転した状態で前記アウターチューブの先端部とトルク伝達可能に係合する第２連結部を設けたインターミディエイトシャフトにおける前記インナーシャフトの破断を検出するシャフト破断検出装置であって、
運転者が前記ステアリングホイールを回動操作して入力した操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
車両停止状態を検出する車両停止検出手段と、
前記車両停止状態が検出されているときに、前記ステアリングホイールに入力された操舵トルクを前記インターミディエイトシャフトに伝達できる大きさの操舵操作が行われたか否かを判定する操舵操作判定手段と、
前記インターミディエイトシャフトに操舵トルクを伝達できる大きさの操舵操作が行われたと判定された場合に、その操舵操作が行われた操舵操作角と操舵トルクとの関係が、予め設定した正常時での操舵操作角と操舵トルクとの関係から外れているときに、前記インナーシャフトが破断していると判定する破断判定手段と、
前記インナーシャフトが破断していると判定された場合に異常を報知する報知手段と
を備えたことを特徴とするシャフト破断検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のステアリングシャフトの一部を構成するインターミディエイトシャフトにおいて、アウターチューブ内に組み込まれたインナーシャフトの破断を検出するシャフト破断検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ステアリングホイールを一体的に支持するステアリングメインシャフトと、ステアリングギヤボックスのギヤシャフト（ピニオンシャフト）との間には、自在継手を介してインターミディエイトシャフトが設けられる。このインターミディエイトシャフトは、中空状のアウターチューブと、アウターチューブ内に軸方向へ移動可能かつトルク伝達可能に組付けられたインナーシャフトとを備えるものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に提案されたインターミディエイトシャフトにおいては、アウターチューブとインナーシャフトが、破断可能なシェアピンにより連結されており、車両衝突時に、ステアリングギヤボックスのギヤシャフトからインターミディエイトシャフトに衝撃荷重が作用すると、シェアピンが破断し、インナーシャフトがアウターチューブ内にてスライドして衝撃荷重を緩和するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２２７４０４号公報
【発明の概要】
【０００５】
ところで、タイヤが縁石に衝突したケースなど、タイヤからステアリング機構に大きな力が入力した場合には、車輪が急激に転舵されてラックバーが軸方向に移動するとともに、ラックバーに連結されたステアリングシャフトが回転する。このようにタイヤからステアリング機構に入力される力を逆入力と呼ぶ。逆入力が大きい場合には、ラックバーの先端に設けたラックエンド部材が、ラックハウジングに形成されたストッパ部に衝突してラックバーは停止するものの、ステアリングシャフトの入力側（ステアリングホイール側）は、開放されているため、その慣性トルクで更に回転する。この慣性トルクは、ステアリングホイールの慣性トルクだけでなく、電動パワーステアリング装置の電動モータがステアリングメインシャフトに組み込まれている場合には、モータ慣性トルクも加わる。従って、インターミディエイトシャフトは、これらの慣性トルクにより強く捩られる。また、このとき、電動パワーステアリング装置は、ラックバーがストローク規制される位置において、ステアリングホイールが慣性で回っていく方向の操舵トルクを検出するため、それと同じ方向の操舵アシストトルクを発生することとなり、インターミディエイトシャフトに働く捩り力を更に増加させてしまう。
【０００６】
このため、インターミディエイトシャフトの強度を高くする必要がある。インターミディエイトシャフトの部品サイズを大きくするなどにより強度を高くすることはできるが、車両への搭載が困難になったり、車両重量が増加したりする問題が生じる。
【０００７】
そこで、本願出願人は、こうした課題を解決したインターミディエイトシャフトを出願している。このインターミディエイトシャフトは、インナーシャフトの中間部にインターミディエイトシャフトにおける最弱部を備えるとともに、インナーシャフトの最弱部より先端側にアウターチューブに対して相対回転が許容されない状態でトルク伝達可能に連結された第１連結部と、インナーシャフトの最弱部より基端側にアウターチューブに対して遊びを有し所定量相対回転した後にトルク伝達可能に連結される第２連結部とを備えたものである。このインターミディエイトシャフトにおいては、タイヤが縁石に衝突した場合など大きな衝撃荷重が作用したときに、この最弱部を変形あるいは破断させて衝突エネルギーを吸収し、他の部位が破断することを防止するとともに、最弱部が破断した場合でもインナーシャフトとアウターチューブとのトルク伝達を第２連結部により維持できる。従って、ステアリング機構に大きな逆入力が作用した後においても、ステアリングホイールによる操舵操作が可能となる。
【０００８】
インナーシャフトが最弱部で破断した場合においては、インナーシャフトとアウターチューブとの間に隙間が存在するため、操舵フィーリングが悪く、また、操舵操作時に異音が発生したりする。しかし、運転者は、部品交換の必要性を認識できなかった場合には、そのまま使い続けてしまい好ましくない。
【０００９】
本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、インナーシャフトが破断している場合には、運転者に部品交換の必要性を知らせることにある。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、ステアリングホイール（１０）を一体的に支持するステアリングメインシャフト（２０）とステアリングギヤボックス（８０）のギヤシャフト（７０，７１，８１）とに各端部にてそれぞれ自在継手（４０，６０）を介してトルク伝達可能に連結されていて、一端側に中空状のアウターチューブ（５２）を有し、他端側に前記アウターチューブ（５２）内に軸方向へ移動可能に組付けられたインナーシャフト（５１）を有し、前記インナーシャフト（５１）の中間部に最弱部（５１ａ）を設け、前記インナーシャフト（５１）の前記最弱部（５１ａ）より先端側に前記アウターチューブ（５２）の中間部に対して相対回転が許容されていない状態でトルク伝達可能に連結される第１連結部（５１ｂ）を設け、前記インナーシャフト（５１）の前記最弱部（５１ａ）より基端側に前記アウターチューブ（５２）の先端部に対して所定量相対回転可能であり前記アウターチューブ（５２）の先端部に対して所定量相対回転した状態で前記アウターチューブ（５２）の先端部とトルク伝達可能に係合する第２連結部（５１ｃ）を設けたインターミディエイトシャフト（５０）における前記インナーシャフト（５１）の破断を検出するシャフト破断検出装置であって、
運転者が前記ステアリングホイール（１０）を回動操作して入力した操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（１０５）と、前記ステアリングホイール（１０）の操舵角を検出する操舵角検出手段（１０４）と、車両停止状態を検出する車両停止検出手段（１０６）と、車両停止状態が検出されているときに、前記ステアリングホイール（１０）に入力された操舵トルクを前記インターミディエイトシャフト（５０）に伝達できる大きさの操舵操作が行われたか否かを判定する操舵操作判定手段（Ｓ１９）と、前記インターミディエイトシャフト（５０）に操舵トルクを伝達できる大きさの操舵操作が行われたと判定された場合に、その操舵操作が行われた操舵操作角と操舵トルクとの関係が、予め設定した正常時での操舵操作角と操舵トルクとの関係から外れているときに、前記インナーシャフト（５１）が破断していると判定する破断判定手段（Ｓ２５）と、前記インナーシャフトが破断していると判定された場合に異常を報知する報知手段（１０７）とを備えたことにある。
【００１１】
本発明で使用されるインターミディエイトシャフトにおいては、通常の操舵時（最弱部が破断していない時）、ステアリングホイールに入力される操舵トルクは、ステアリングメインシャフトおよび自在継手を介してインターミディエイトシャフトに伝達され、このインターミディエイトシャフトから自在継手を介してステアリングギヤボックスのギヤシャフトに伝達される。このとき、インターミディエイトシャフトでは、インナーシャフトの第１連結部が、アウターチューブの中間部と一体回転して、インナーシャフトの第１連結部とアウターチューブの中間部の間でトルクが伝達される。また、このとき、インナーシャフトの第２連結部は、アウターチューブの先端部に対して所定量相対回転可能な状態が維持されているため、インナーシャフトの第２連結部とアウターチューブの先端部の間でトルクが伝達されない。このため、通常の操舵時では、ステアリングホイールからステアリングメインシャフトおよび自在継手を介してインターミディエイトシャフトに伝達された操舵トルクが、インナーシャフトの第１連結部とアウターチューブの中間部にて伝達される。
【００１２】
タイヤからの逆入力等によりインターミディエイトシャフトに大きな衝撃荷重が入力すると、インナーシャフトの最弱部（インターミディエイトシャフトにおける最弱部）が塑性変形あるいは破断する。このインナーシャフトの最弱部の塑性変形あるいは破断により、衝撃エネルギーを吸収して衝撃荷重を緩和することができるとともに、インターミディエイトシャフトにおいてインナーシャフトの最弱部以外の部位が破断することを防止する。なお、車両衝突等によりインターミディエイトシャフトに軸方向に大きな衝撃荷重が作用したときには、インナーシャフトとアウターチューブが軸方向に相対移動して、衝撃荷重を緩和することも可能である。
【００１３】
インナーシャフトが最弱部にて破断したときに、ステアリングホイールを回動操作すると、インターミディエイトシャフトでは、インナーシャフトの第２連結部が、アウターチューブの先端部に対して所定量相対回転して、アウターチューブの先端部と係合する。これにより、その後は、インナーシャフトの第２連結部が、アウターチューブの先端部と一体回転して、インナーシャフトの第２連結部とアウターチューブの先端部の間でトルクが伝達される。従って、ステアリングホイールの操舵トルクをステアリングギヤボックスのギヤシャフトに伝達でき、ステアリングホイールによる操舵を維持することが可能となる。なお、このときには、インナーシャフトの最弱部が破断しているため、インナーシャフトの第１連結部とアウターチューブの中間部の間でトルクが伝達されない。
【００１４】
また、インナーシャフトの最弱部が破断している状態では、ステアリングホイールを回動操作すると、インナーシャフトとアウターチューブとの間に回転方向に隙間が存在するため、通常の回動操作時に比べて、操舵フィーリングが悪化するとともに異音が発生するようになる。こうした回動操作時の変化から運転者が部品交換の必要性を認識すればよいが、操舵操作を継続できてしまうことから、そのまま使用し続けてしまう可能性がある。
【００１５】
そこで本発明においては、インナーシャフトの破断を検出して、その異常を運転者に認識させる。インナーシャフトが破断している場合、インナーシャフトとアウターチューブとの間のトルク伝達部となる第２連結部には回転方向に隙間が存在するため、インナーシャフトとアウターチューブとが相対回転しているときには、正常時（非破断時）に比べて少ない操舵トルクでステアリングホイールを回動操作することができる。従って、操舵トルクと操舵操作角との関係からインナーシャフトの破断を判定することができる。
【００１６】
インナーシャフトの破断の検出は、車両停止検出手段により車両が停止しているときに行う。例えば、車速情報を取得して車両停止状態を判定する。そして、操舵操作判定手段が、車両停止状態が検出されているときに、ステアリングホイールに入力された操舵トルクをインターミディエイトシャフトに伝達できる大きさの操舵操作が行われたか否かを判定する。例えば、操舵トルク検出手段により検出された操舵トルクが、ステアリングホイールを回動操作したときにインターミディエイトシャフトに操舵トルクを伝達できる大きさに設定された設定トルク以上となる操舵操作が行われたか否かを判断する。運転者がステアリングホイールを回動操作すると、その操舵トルクは、ステアリングメインシャフトを介してインターミディエイトシャフトに伝達されるが、ステアリングメインシャフトの摩擦に抗してステアリングメインシャフトを回転させるだけの操舵トルクが入力されていないあいだは、インターミディエイトシャフトに操舵トルクが伝達されないため、操舵トルクと操舵操作角との関係は、破断時と正常時とで相違しない。従って、インナーシャフトの破断の検出は、操舵トルクがインターミディエイトシャフトに伝達される状況において行う必要がある。そこで、操舵操作判定手段は、ステアリングホイールに入力された操舵トルクをインターミディエイトシャフトに伝達できる大きさの操舵操作（ステアリングホイールの回動操作）が行われたか否かを判定する。
【００１７】
操舵操作判定手段により、インターミディエイトシャフトに操舵トルクを伝達できる大きさの操舵操作が行われたと判定された場合、破断判定手段は、その操舵操作が行われた操舵操作角（操舵角の変化量）と操舵トルクとの関係が、予め設定した正常時での操舵操作角と操舵トルクとの関係から外れているときに、インナーシャフトが破断していると判定する。インナーシャフトが破断している場合には、インターミディエイトシャフトの捩り剛性が低下するため、正常時に比べて少ない操舵トルクで大きな操舵操作角（操舵角の変化量）が得られる。従って、操舵トルクに対する操舵操作角の大きさからインナーシャフトの破断を検出することができる。例えば、操舵トルクと操舵操作角とを検出し、その操舵トルクに対する操舵操作角が判定基準操舵操作角よりも大きいときにインナーシャフトが破断していると判定する。あるいは、操舵操作角に対する操舵トルクが判定基準操舵トルクよりも小さいときにインナーシャフトが破断していると判定する。
【００１８】
破断判定手段によりインナーシャフトが破断していると判定された場合には、報知手段が作動して運転者に異常を報知する。これにより、運転者は、部品交換の必要性を認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るシャフト破断検出装置が適用される車両用ステアリング装置の概略構成図である。
【図２】インターミディエイトシャフトと、第１自在継手と、第２自在継手の一部縦断拡大側面図である。
【図３】図２の３−３線に沿った拡大縦断正面図である。
【図４】図２の４−４線に沿った拡大縦断正面図である。
【図５】図４に示したインナーシャフトが所定量回転されたときの作動説明図である。
【図６】電動パワーステアリング装置のシステム構成図である。
【図７】操舵トルクと操舵操作角との関係を表す特性図である。
【図８】シャフト破断検出ルーチンを表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態の車両用ステアリング装置は、図１に示したように、運転者によって回動操作されるステアリングホイール１０と、このステアリングホイール１０を支持するステアリングメインシャフト２０と、このステアリングメインシャフト２０にアシストトルクを付与するＥＰＳ（電動式パワーステアリング）アクチュエータ３０と、ステアリングメインシャフト２０に第１自在継手４０を介して連結されているインターミディエイトシャフト５０と、このインターミディエイトシャフト５０に第２自在継手６０を介して連結されているエクステンションシャフト７０と、このエクステンションシャフト７０に連結されているピニオンシャフト８１を有するステアリングギヤボックス８０とを備えている。
【００２１】
ステアリングホイール１０は、ステアリングメインシャフト２０の上端部に一体回転可能に支持されている。ステアリングメインシャフト２０は、車体側部材（図示省略）にブラケット２１を介して組付けられているコラムチューブ２２内に回転自在に支持されている。また、ステアリングメインシャフト２０の下端部は、第１自在継手４０におけるアッパージョイントヨーク４１と連結している。
【００２２】
ＥＰＳアクチュエータ３０は、アシストトルク（操舵補助力）をステアリングメインシャフト２０に付与するためのものであり、車体側部材に組付けられている電動モータ３１と、この電動モータ３１の出力を減速する減速機３２（図７参照）を備えている。電動モータ３１は、その出力軸が減速機３２を介してステアリングメインシャフト２０にトルク伝達可能に連結されていて、電子制御装置１００（以下、アシストＥＣＵ１００と呼ぶ）により通電制御されて回転駆動し、ステアリングメインシャフト２０に操舵トルクに応じたアシストトルクを付与する。
【００２３】
第１自在継手４０は、アッパージョイントヨーク４１と、ロアジョイントヨーク４２と、十字軸４３を備えている。アッパージョイントヨーク４１およびロアジョイントヨーク４２は、それぞれ二又状のヨーク部４１ａ，４２ａを有していて、これらヨーク部４１ａ，４２ａにて十字軸４３を介して揺動可能かつトルク伝達可能に連結されている。なお、アッパージョイントヨーク４１は、その挿入穴（図示省略）にてステアリングメインシャフト２０の下端部に挿通され、ボルト４４がアッパージョイントヨーク４１のボルト挿通孔（図示省略）に挿通されて締結されることにより、ステアリングメインシャフト２０に一体的に連結されている。
【００２４】
インターミディエイトシャフト５０は、上端が第１自在継手４０のロアジョイントヨーク４２に接続されているインナーシャフト５１と、このインナーシャフト５１を軸方向に移動可能かつトルク伝達可能に組付けているアウターチューブ５２を有している。アウターチューブ５２の下端には、第２自在継手６０のアッパージョイントヨーク６１が接続されている。このインターミディエイトシャフト５０は、車両衝突時に衝撃荷重が作用されると、収縮（インナーシャフト５１とアウターチューブ５２が軸方向に相対移動）して上記した衝撃荷重を緩和することが可能である。
【００２５】
第２自在継手６０は、アッパージョイントヨーク６１と、ロアジョイントヨーク６２と、十字軸６３を備えている。アッパージョイントヨーク６１およびロアジョイントヨーク６２は、それぞれ二又状のヨーク部６１ａ，６２ａを有していて、これらヨーク部６１ａ，６２ａにて十字軸６３を介して揺動可能かつトルク伝達可能に連結されている。
【００２６】
エクステンションシャフト７０は、上端が第２自在継手６０のロアジョイントヨーク６２に設けられた挿通穴（図示省略）に挿通されてボルト６４がロアジョイントヨーク６２のボルト挿通孔（図示省略）に挿通されて締結されることにより、ロアジョイントヨーク６２に一体的に連結されている。また、エクステンションシャフト７０の下端には、連結具７１が一体的に固着されている。なお、連結具７１は、その挿通穴（図示省略）にてステアリングギヤボックス８０のピニオンシャフト８１の上端部に挿通され、ボルト７２が連結具７１のボルト挿通孔（図示省略）に挿通されて締結されることにより、ピニオンシャフト８１に一体的に連結されている。従って、エクステンションシャフト７０、連結具７１、ピニオンシャフト８１によりギヤシャフトを構成している。
【００２７】
ステアリングギヤボックス８０は、エクステンションシャフト７０の回転に伴って連結具７１を介して回転されるピニオンシャフト８１と、このピニオンシャフト８１の回転に伴って車両の左右方向に移動可能なラックバー（図示省略）と、ピニオンシャフト８１を回転可能に支持しラックバーを車両の左右方向に移動可能に支持するラックハウジング８２を備えている。ラックバーは、その左右両端部にて、ボールジョイント（図示省略）を介して、左右一対のタイロッド９０Ｌ、９０Ｒに連結されている。各タイロッド９０Ｌ、９０Ｒは、ボールジョイント９１Ｌ、９１Ｒを介して左右前輪（図示省略）を軸支しているステアリングナックル（図示省略）に連結されている。
【００２８】
次に、インターミディエイトシャフト５０におけるインナーシャフト５１とアウターチューブ５２との連結について説明する。この実施形態においては、インナーシャフト５１とアウターチューブ５２とは、図２〜図４に示したようにトルク伝達可能に連結されている。インナーシャフト５１は、図２に示したように、中間部にインターミディエイトシャフト５０の最弱部５１ａを有し、この最弱部５１ａより先端側に第１連結部５１ｂを有し、最弱部５１ａより基端側に第２連結部５１ｃを有している。
【００２９】
最弱部５１ａは、断面が円形であり、インナーシャフト５１において最も細い部位であって、インナーシャフト５１に外力（曲げ外力、圧縮外力、ねじり外力）が作用するとき、インターミディエイトシャフト５０において最初に塑性変形しうる部位である。第１連結部５１ｂは、図３に示したように、断面が非円形であり、外歯５１ｂ１を有している。第２連結部５１ｃは、図４に示したように、断面が二面巾形状であり、図４上方および図４下方が円弧形状になっている。また、第２連結部５１ｃは、図２に示したように、その基端にて第１自在継手４０のロアジョイントヨーク４２のフランジ部４２ｂに接続されている。
【００３０】
アウターチューブ５２は、図２に示したように、インナーシャフト５１と同軸的な中空状に形成されていて、先端側に先端部５２ａを有し、基端側に基端部５２ｂを有し、先端部５２ａと基端部５２ｂの間に中間部５２ｃを有している。先端部５２ａは、内歯を有しておらず、図２に示したように、インナーシャフト５１の最弱部５１ａおよび第２連結部５１ｃを収容していて、図４に示したように、先端部５２ａの内周面と第２連結部５１ｃの外面の間に所定量の隙間が設けられている。これにより、インナーシャフト５１の第２連結部５１ｃは、初期状態でアウターチューブ５２の先端部５２ａに対して所定量相対回転可能であり、アウターチューブ５２の先端部５２ａに対して所定量相対回転した状態でアウターチューブ５２の先端部５２ａとトルク伝達可能に係合可能である。
【００３１】
基端部５２ｂは、その基端にて第２自在継手６０のアッパージョイントヨーク６１のフランジ部６１ｂに接続されていて、内周に内歯５２ｂ１を有している。中間部５２ｃは、内歯５２ｃ１を有していて、この内歯５２ｃ１と基端部５２ｂに形成された内歯５２ｂ１は、連続して設けられている。中間部５２ｃの内歯５２ｃ１とインナーシャフト５１の第１連結部５１ｂの外歯５１ｂ１は、図３に示したように、噛合（スプライン嵌合）していて、内歯５２ｃ１と外歯５１ｂ１の周方向の隙間は略ゼロとなっている。これにより、インナーシャフト５１の第１連結部５１ｂは、アウターチューブ５２の中間部５２ｃに対して相対回転を許容されていない状態でトルク伝達可能に連結されている。
【００３２】
アウターチューブ５２の先端と第１自在継手４０のロアジョイントヨーク４２のフランジ部４２ｂとの軸方向距離は、図２に示したように、Ｓ１となっている。インナーシャフト５１の先端と第２自在継手６０のアッパージョイントヨーク６１のフランジ部６１ｂとの軸方向距離は、図２に示したように、Ｓ２となっており、Ｓ２はＳ１に比して大きくなっている。
【００３３】
このように構成されたステアリング装置においては、通常の操舵時（最弱部５１ａが塑性変形および破断しない時）、ステアリングホイール１０の回動操作により入力された操舵トルクは、ステアリングメインシャフト２０および第１自在継手４０を介してインターミディエイトシャフト５０に伝達され、このインターミディエイトシャフト５０から第２自在継手６０およびエクステンションシャフト７０を介してステアリングギヤボックス８０のピニオンシャフト８１に伝達される。このとき、インターミディエイトシャフト５０では、インナーシャフト５１の第１連結部５１ｂが、アウターチューブ５２の中間部５２ｃと一体回転して、アウターチューブ５２の中間部５２ｃにトルクを伝達する。また、このとき、インナーシャフト５１の第２連結部５１ｃは、アウターチューブ５２の先端部５２ａに対して所定量相対回転可能な状態が維持されているため、アウターチューブ５２の先端部５２ａにトルクを伝達しない。
【００３４】
ところで、タイヤが縁石に衝突した場合のようにタイヤからステアリング装置に逆入力が働いた場合、車輪が急激に転舵されてステアリングギヤボックス８０内のラックバーが軸方向に移動し、これに伴ってピニオンシャフト８１，エクステンションシャフト７０，インターミディエイトシャフト６０，ステアリングメインシャフト２０が回転する。ラックバーは、最大舵角位置（ストロークエンド位置）において図示しないストッパとの当接より停止するが、ステアリングメインシャフト２０は、入力側（ステアリングホイール１０側）が開放されているため、その慣性トルクで更に回転する。この慣性トルクは、ステアリングホイール１０の慣性トルクだけでなく、電動モータ３１の慣性トルク（モータ慣性トルク）も含んでいる。しかも、ステアリングメインシャフト２０が回転する方向に操舵トルクが検出されるため、電動モータ３１のアシストトルクまでも同方向に働くことになる。このため、特に、インターミディエイトシャフト５０においては、捩り方向に強い衝撃荷重が働く。
【００３５】
インターミディエイトシャフト５０に捩り方向の強い衝撃荷重が働くと、インナーシャフト５１の最弱部５１ａが塑性変形あるいは破断する。このインナーシャフト５１の最弱部５１ａの塑性変形あるいは破断により、衝撃エネルギーを吸収して衝撃荷重を緩和することができる。これにより、インターミディエイトシャフト５０においてインナーシャフト５１の最弱部５１ａ以外の部位が破断することを防止できる。
【００３６】
インナーシャフト５１が最弱部５１ａにて破断したときには、ステアリングホイール１０を回動操作すると、インナーシャフト５１の第２連結部５１ｃが、図４に示した状態から図５に示したように、アウターチューブ５２の先端部５２ａに対して所定量回転して、アウターチューブ５２の先端部５２ａと係合する。これにより、その後は、インナーシャフト５１の第２連結部５１ｃが、アウターチューブ５２の先端部５２ａと一体回転して、アウターチューブ５２の先端部５２ａにトルクを伝達する。したがって、インターミディエイトシャフト５０が最弱部５１ａにて破断しても、ステアリングホイール１０による操舵を維持することが可能である。尚、このときには、インナーシャフト５１の最弱部５１ａが破断しているため、インナーシャフト５１の第１連結部５１ｂとアウターチューブ５２の中間部５２ｃとの間でトルクが伝達されない。
【００３７】
こうしたインナーシャフト５１が破断している状態では、ステアリングホイール１０を回動操作すると、インナーシャフト５１の第２連結部５１ｃとアウターチューブ５２の先端部５２ａとの間に遊び（隙間）が存在するため、通常の回動操作時に比べて、操舵フィーリングが悪化するとともに異音が発生するようになる。回動操作時の変化から運転者が部品交換の必要性を認識すればよいが、操舵操作を継続できてしまうことから、部品交換をすることなく、そのまま使用し続けてしまう可能性がある。
【００３８】
そこで、本実施形態においては、インナーシャフト５１が破断しているか否かを判定する機能をアシストＥＣＵ１００に搭載し、インナーシャフト５１の破断を検出したときに、運転者に対して異常を報知する構成を備えている。
【００３９】
ここで、インナーシャフト５１の破断を検出する原理について図７を用いて説明する。図７は、ステアリングホイール１０に入力される操舵トルクＭＴ（Nm）と操舵操作角ＭＡ（deg）との関係を表す特性図の一例である。図中において、符号Ｘで示される記号はバネ要素を表し、符号Ｙで示される記号は摩擦要素を表す。また、この特性図は、電動パワーステアリング装置の操舵アシストが停止されているときのものである。尚、この特性図は、ステアリングホイール１０を右方向に回動操作したときの特性を表すが、左方向に回動操作したときの特性は符号（正負）が反対になるだけで、絶対値でみれば同じである。
【００４０】
ステアリングホイール１０を回動操作すると、その操舵トルクがステアリングメインシャフト２０に伝達される。このとき、ステアリングホイール１０の捩れ分が操舵操作角として表れるが、ステアリングホイール１０の捩り剛性は高いため、操舵トルクがステアリングメインシャフト２０に伝達されるまでの操舵操作角（操舵角の変化量）は非常に小さい。ステアリングメインシャフト２０は、両端に摩擦要素Ｂが存在するため、操舵トルクを増加させていくと捩られる。この捩られた分が操舵操作角ＭＡとして表れる。ステアリングメインシャフト２０は、内部にトーションバー１１１を有するトルク検出部１１０を備えているため低剛性となっている。このため、特性図に示すように、操舵トルクＭＴの増加に伴って操舵操作角ＭＡが増加するが、操舵トルクＭＴの大きさがＴ０（この例では約１．３Nm）に達しない間は、ステアリングメインシャフト２０が捩れるだけでインターミディエイトシャフト５０に操舵トルクが伝達されない。
【００４１】
操舵トルクＭＴが増加してＴ０に達すると、はじめてステアリングメインシャフト２０からインターミディエイトシャフト５０に操舵トルクが伝達されるようになる。従って、操舵トルクＭＴが０〜Ｔ０までの期間においては、インナーシャフト５１の破断の有無にかかわらず、操舵トルクＭＴと操舵操作角ＭＡとの関係は同一となる。尚、操舵トルクＭＴがＴ０となるときの操舵操作角ＭＡをＡ０とする。
【００４２】
操舵トルクＭＴが増加してＴ０を越えると、インナーシャフト５１の破断の有無に応じて、操舵トルクＭＴと操舵操作角ＭＡとの関係が相違するようになる。図７において、破線が、インナーシャフト５１が破断しているときの特性を表す。
【００４３】
インナーシャフト５１が破断していない場合には、インナーシャフト５１とアウターチューブ５２とが第１連結部５１ｂにより相対回転を許容されていない状態で連結されているため、インターミディエイトシャフト５０としては高い捩り剛性を有する。このため、操舵トルクＭＴの増加に対する操舵操作角ＭＡの増加度合いはほとんど変化しない。従って、操舵操作角ＭＡの僅かな増加でインターミディエイトシャフト５０からエクステンションシャフト７０へトルク伝達できるようになる。そして、操舵トルクＭＴがステアリング装置の各部のメカ摩擦（コラム摩擦、インターミディエイトシャフト摩擦、ギヤ摩擦）を上回った時点（ＭＴ＝Ｔ１：約２．３Nm）において、操舵トルクが操舵輪に伝達される。この時の操舵操作角ＭＡは、Ａ１（この例では約１．１５deg）となる。尚、図７において、ギヤ摩擦とは、第２自在継手６０からギヤボックス８０までの摩擦を表す。
【００４４】
一方、インナーシャフト５１が破断している場合は、インナーシャフト５１とアウターチューブ５２とが第２連結部５１ｃにより所定量の隙間を設けて連結されているため、インターミディエイトシャフト５０としては捩り剛性が低下している。図７におけるバネ要素Ｘinは、インナーシャフト５１の最弱部５１ａの破断により低下する剛性分を表している。このため、図７に破線で示した特性からわかるように、操舵トルクＭＴがＴ０を越えると、操舵トルクＭＴの増加に対する操舵操作角ＭＡの増加度合いが急激に増加する。これは、インナーシャフト５１がアウターチューブ５２にトルクを伝達しない状態で隙間を回転するために、少ない操舵トルクで大きな操舵操作角が得られるからである。従って、操舵トルクＭＴと操舵操作角ＭＡとの関係が、正常時に比べて大きく相違する。
【００４５】
こうしたことから、操舵トルクＭＴに対する操舵操作角ＭＡの大きさからインナーシャフト５１の破断の有無を判定することができる。例えば、特定の操舵トルクが検出されたときの操舵操作角の値に基づいて、インナーシャフト５１の破断の有無を判定することができる。この場合、特定の操舵トルクとしては、ステアリングホイール１０を回動操作したときにインターミディエイトシャフト５０に操舵トルクを伝達できる大きさ、つまり、操舵トルク−操舵操作角特性が変化する領域となるＴ０より大きな値に設定する。本実施形態においては、後述するように操舵トルクＭＴがＴ１となった時点での操舵操作角ＭＡに基づいてインナーシャフト５１の破断の有無を判定する。
【００４６】
次に、インナーシャフト５１の破断を検出する構成について説明する。本実施形態においては、電動パワーステアリング装置のアシストＥＣＵ１００にインナーシャフト５１の破断を検出する機能を搭載する。図６は、電動パワーステアリング装置のシステム構成図である。アシストＥＣＵ１００は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要部として備えた演算部１０１と、モータ駆動回路１０２とを備えている。モータ駆動回路１０２は、例えば、三相インバータ回路にて構成され演算部１０１からのＰＷＭ制御信号を入力して、内部のスイッチング素子のデューティ比を制御することにより電動モータ３１への通電量を調整する。モータ駆動回路１０２には、電動モータ３１に流れる電流を検出する電流センサ１０３が設けられる。この電流センサ１０３により検出される電流値をモータ電流ｉｍと呼ぶ。
【００４７】
演算部１０１は、電流センサ１０３、操舵角センサ１０４、操舵トルクセンサ１０５、車速センサ１０６を接続し、それらの検出信号を入力する。操舵角センサ１０４は、ステアリングメインシャフト２０の入力側に設けられ、操舵輪（図示省略）が直進方向に向く舵角中立位置に対するステアリングホイール１０の回転角度を操舵角として検出する。以下、操舵角センサ１０４により検出される操舵角の値を操舵角θと呼ぶ。操舵角θは、舵角中立位置に対して右方向の操舵角を正の値で、舵角中立位置に対して左方向の操舵角を負の値で表し、その絶対値により操舵角の大きさを表すものとする。また、上述した操舵操作角ＭＡは、運転者がステアリングホイール１０を回動操作したときの操舵角θの変化量を表している。
【００４８】
操舵トルクセンサ１０５は、ステアリングメインシャフト２０の出力側に設けられたトルク検出部１１０に設けられ、トーションバー１１１の捩れ角度から運転者がステアリングホイール１０に入力した操舵トルクを検出する。操舵トルクセンサ１０５により検出されるトルクの値は、上述した操舵トルクＭＴに相当するため、以下、検出されたトルクの値を操舵トルクＭＴと呼ぶ。操舵トルクＭＴは、ステアリングホイール１０を右回転方向に回したときに働くトルクを正の値で、左回転方向に回したときに働くトルクを負の値で表し、その絶対値により操舵トルクの大きさを表すものとする。
【００４９】
車速センサ１０６は、従動輪の車輪速を検出して車速に対応した検出信号を出力する。以下、車速センサ１０６により検出される車速の値を車速Ｖと呼ぶ。
【００５０】
アシストＥＣＵ１００の演算部１０１には、運転者に対して異常を知らせるための報知器１０７が接続される。報知器１０７は、例えば、図示しない計器パネル内に設けられたウォーニングランプであって、点灯により運転者に異常を知らせる。また、これに代えて、あるいは、これに加えて、ブザー音や音声アナウンス等を発して異常を知らせるようにしてもよい。
【００５１】
アシストＥＣＵ１００の演算部１０１は、ＲＯＭに記憶したプログラムを実行することにより、操舵アシスト制御とインナーシャフト５１の破断検出とを並行して行う。演算部１０１は、操舵アシスト制御を開始すると、例えば、操舵トルクセンサ１０５により検出した操舵トルクＭＴと、車速センサ１０６により検出した車速Ｖとから目標アシストトルクを設定し、この目標アシストトルクをトルク定数で除算して求めた目標電流と電流センサ１０３により検出したモータ電流ｉｍとの偏差に応じた目標電圧を設定する。そして、この目標電圧に応じたＰＷＭ制御信号をモータ駆動回路１０２のスイッチング素子に出力することで電動モータ３１に流れる電流をフィードバック制御して、所望の操舵アシストトルクをステアリングメインシャフト２０に付与する。
【００５２】
アシストＥＣＵ１００の演算部１０１は、操舵アシスト制御に使用するセンサ値（車速Ｖ、操舵角θ、操舵トルクＭＴ）を利用して、インターミディエイトシャフト５０におけるインナーシャフト５１の破断検出を行う。図８は、シャフト破断検出ルーチンを表すフローチャートである。このシャフト破断検出ルーチンは、操舵アシスト制御と並行して開始される。
【００５３】
シャフト破断検出ルーチンが起動すると、演算部１０１は、まず、ステップＳ１０において、操舵角センサ１０４により検出される操舵角θを読み込み、その操舵角θの単位時間当たりの変化量（時間微分値）から操舵速度ωを算出する。続いて、ステップＳ１１において、操舵速度ωの大きさ｜ω｜（以下、単に操舵速度｜ω｜と呼ぶ）が、予め設定された逆入力判定速度ωrefより大きいか否かを判断する。逆入力判定速度ωrefは、運転者のステアリングホイール１０の回動操作では、検出されないほど大きな値であって、タイヤが縁石に衝突した場合のように、タイヤから大きな逆入力が働いたときにのみ超えられるような値（例えば、５０rad/s）に設定されている。インナーシャフト５１の破断は、タイヤから大きな逆入力が働いて強く捩られたときに発生する。従って、このステップＳ１１は、インナーシャフト５１が破断する条件として、大きな逆入力が働いたか否かを判断するものである。
【００５４】
演算部１０１は、操舵速度｜ω｜が逆入力判定速度ωrefを越えるまで、このステップＳ１０，Ｓ１１の処理を繰り返す。操舵速度｜ω｜が逆入力判定速度ωrefを越えていないあいだは、インナーシャフト５１は破断していないと推定して後述する処理には進まない。こうした処理を繰り返し、操舵速度｜ω｜が逆入力判定速度ωrefを越えたと判定した場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）には、インナーシャフト５１が破断している可能性があるため、その処理をステップＳ１２に進める。
【００５５】
演算部１０１は、ステップＳ１２において、車速センサ１０６により検出される車速Ｖを読み込み、ステップＳ１３において、車速Ｖがゼロ（Ｖ＝０）であるか否かを判断する。つまり、車両が停止しているか否かを判断する。車両が停止していない場合はその処理をステップＳ１２に戻し、車両が停止するまでその判断を繰り返す。そして、車両の停止を確認すると（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４において、操舵トルクセンサ１０５により検出される操舵トルクＭＴを読み込み、ステップＳ１５において、操舵トルクＭＴがゼロ（ＭＴ＝０）であるか否かを判断する。つまり、運転者がステアリングホイール１０を回動操作していないか否かを判断する。操舵トルクＭＴがゼロでない場合はその処理をステップＳ１２に戻し、上述した処理を繰り返す。こうして、車両が停止し、かつ、運転者が操舵操作していない状態となると（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、演算部１０１は、ステップＳ１６において、操舵アシストを停止する。つまり、電動モータ３１への通電を停止してステアリングメインシャフト２０に操舵アシストトルクが働かないようにする。
【００５６】
続いて、演算部１０１は、ステップＳ１７において、操舵角センサ１０４により検出される操舵角θを読み込み、その操舵角θを操舵角θ１としてＲＡＭ等のメモリに記憶する。次に、ステップＳ１８において操舵トルクセンサ１０５により検出される操舵トルクＭＴを読み込み、ステップＳ１９において、操舵トルクＭＴの大きさ｜ＭＴ｜（以下、単に操舵トルク｜ＭＴ｜と呼ぶ）が設定トルクＴ１以上になったか否かを判断する。この場合、上述のステップＳ１５において操舵トルクＭＴがゼロ（ＭＴ＝０）と判定されているため、ステップＳ１９の判断は「Ｎｏ」となり、演算部１０１は、その処理をステップＳ２０に進める。
【００５７】
演算部１０１は、このステップＳ２０において、車速センサ１０６により検出される車速Ｖを読み込み、ステップＳ２１において、車速Ｖがゼロ（Ｖ＝０）であるか否かを判断する。この場合、上述のステップＳ１３において車両停止状態が検出されているため、ステップＳ２１の判断は「Ｙｅｓ」となり、演算部１０１は、その処理をステップＳ１８に戻す。こうして、ステップＳ１８〜ステップＳ２１のループ処理が繰り返される。つまり、車速要件と操舵トルク要件とが繰り返し判断される。
【００５８】
そして、操舵トルク｜ＭＴ｜が設定トルクＴ１に到達する前に車両が動き始めると（Ｖ≠０）、ステップＳ２１の判断が「Ｎｏ」となり、そのループから抜け出て、ステップＳ２２において操舵アシストを再開する。つまり、操舵アシスト制御を再開する。この場合には、ステップＳ１２に戻って上述した処理を繰り返す。
【００５９】
一方、車両が停止状態のまま運転者がステアリングホイール１０を回動操作して操舵トルク｜ＭＴ｜が設定トルクＴ１以上になった場合には（Ｓ１９：Ｙｅｓ）、演算部１０１は、ステップＳ２３において操舵角センサ１０４により検出される操舵角θを操舵角θ２として読み込む。このステップ１９は、ステアリングホイール１０に入力された操舵トルクをインターミディエイトシャフト５０に伝達できる大きさの操舵操作が行われたか否かを判断する処理であり、本発明の操舵操作判定手段に相当する。続いて、ステップＳ２４において、この操舵角θ２と、ステップＳ１７で記憶した操舵角θ１との操舵角差（θ２−θ１）を計算する。この操舵角差（θ２−θ１）は、運転者がステアリングホイール１０を回動操作した角度、つまり、操舵操作角ＭＡとなる。
【００６０】
続いて、演算部１０１は、ステップＳ２５において、操舵操作角ＭＡの大きさ｜ＭＡ｜（以下、単に操舵操作角｜ＭＡ｜と呼ぶ）が設定操舵操作角Ａrefよりも大きいか否かを判断する。この設定操舵操作角Ａrefは、操舵トルクＭＴがＴ１となるときの操舵操作角Ａ１に許容変動幅ΔＡを加算した値に予め設定されている。従って、ステップＳ２５は、操舵トルクと操舵操作角との関係が、予め設定した正常時での操舵トルクと操舵操作角との関係から外れているか否かを判定する処理であり、本発明の破断判定手段に相当する。尚、インナーシャフト５１が破断しているときと破断していないときとでは、操舵トルク−操舵操作角特性が大きく異なるため、許容変動幅ΔＡは、大きめの値に設定することができる。
【００６１】
演算部１０１は、操舵操作角｜ＭＡ｜が設定操舵操作角Ａrefより大きい場合には（Ｓ２５：Ｙｅｓ）、インナーシャフト５１が破断していると判定して、ステップＳ２６において、報知器１０７に作動信号を出力して報知器１０７を作動させる。インナーシャフト５１が破断している場合は、上述したように、操舵フィーリングの悪化と異音が生じる。従って、こうした回動操舵時の変化と報知器１０７による異常報知とにより、運転者に対して異常状態を認識させて部品交換等の修理を促すことができる。
【００６２】
一方、演算部１０１は、ステップＳ２５において、操舵操作角｜ＭＡ｜が設定操舵操作角Ａref以下であると判断した場合には、インナーシャフト５１は破断していないと判定して、ステップＳ２７において、操舵アシストを再開し、その処理をステップＳ１１に戻す。
【００６３】
演算部１０１は、ステップＳ２６において、報知器１０７を作動させた後は、シャフト破断検出ルーチンを終了するが、インターミディエイトシャフトの修理（部品交換等）が完了してリセット操作されるまで、報知器１０７の作動を継続する。
【００６４】
以上説明したシャフト破断検出ルーチンによれば、車両停止状態で、かつ、運転者が操舵操作していないときに、電動パワーステアリング装置による操舵アシストを停止して、メカ的な特性のみによるインナーシャフト５１の破断判定を開始する。この場合、操舵トルクＭＴがゼロとなる破断判定開始時における操舵角θ１を記憶しておき、操舵トルクＭＴを監視する。そして、操舵トルク｜ＭＴ｜が設定トルクＴ１以上になったときの操舵角θ２を検出して操舵操作角ＭＡ（＝θ２−θ１）を算出し、操舵操作角｜ＭＡ｜に基づいてインナーシャフト５１の破断の有無を判定する。インナーシャフト５１が破断している場合には、図７の特性図に示すように、正常時に比べて操舵トルク｜ＭＴ｜に対する操舵操作角｜ＭＡ｜が大きくなるため、操舵トルク｜ＭＴ｜が設定トルクＴ１となったときの操舵操作角｜ＭＡ｜は、正常時に比べて遙かに大きくなる。従って、操舵操作角｜ＭＡ｜と設定操舵操作角Ａrefとを比較することにより、適切にインナーシャフト５１の破断を判定することができる。この結果、運転者に対して、部品交換等の修理の必要性を適切に知らせることができる。
【００６５】
以上、本実施形態に係るシャフト破断検出装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００６６】
例えば、本実施形態においては、操舵トルク｜ＭＴ｜が設定トルクＴ１以上になったときの操舵操作角｜ＭＡ｜の大きさに基づいてインナーシャフト５１の破断の有無を判断しているが、操舵トルクと大小比較する設定トルクの値は、ステアリングホイール１０に入力された操舵トルクをインターミディエイトシャフト５０に伝達できる大きさであればよい。例えば、図７の例では、設定トルクがＴ０より大きな値であれば破断判定可能となる。また、操舵操作角に対する操舵トルクの大きさに基づいて破断判定を行うこともできる。例えば、操舵操作角｜ＭＡ｜が設定角度Ａ１以上になったときに操舵トルクＭＴを検出し、操舵トルク｜ＭＴ｜が設定トルクＴref以下であれば、インナーシャフト５１が破断していると判定する構成であってもよい。
【００６７】
また、本実施形態においては、インナーシャフト５１の破断検出を電動パワーステアリング装置のアシストＥＣＵ１００を用いて行うが、アシストＥＣＵ１００とは別に設けた制御装置を用いて行うようにしてもよい。
【００６８】
また、本実施形態におけるインターミディエイトシャフト５０においては、第１自在継手４０にインナーシャフト５１が接続され、第２自在継手６０にアウターチューブ５２が接続される構成であるが、第１自在継手４０にアウターチューブが接続され、第２自在継手６０にインナーシャフトが接続される構成であってもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１０…ステアリングホイール、２０…ステアリングメインシャフト、２２…コラムチューブ、３０…ＥＰＳアクチュエータ、３１…電動モータ、４０…第１自在継手、５０…インターミディエイトシャフト、５１…インナーシャフト、５１ａ…最弱部、５１ｂ…第１連結部、５１ｂ１…外歯，５１ｃ…第２連結部、５２…アウターチューブ、５２ａ…先端部、５２ｂ…基端部、５２ｂ１…内歯、５２ｃ…中間部、５２ｃ１…内歯、６０…第２自在継手、７０…エクステンションシャフト、８０…ステアリングギヤボックス、８１…ピニオンシャフト、８２…ラックハウジング、９０Ｌ，９０Ｒ…タイロッド、１００…アシストＥＣＵ、１０１…演算部、１０２…モータ駆動回路、１０３…電流センサ、１０４…操舵角センサ、１０５…操舵トルクセンサ、１０６…車速センサ、１０７…報知器。
【図１】
2010254192.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010254192.tif 000009
【図８】
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